JP2008286156A - Wind power generation device and its yaw turn driving method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電装置および風力発電装置のヨー旋回駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a wind turbine generator and a yaw turning drive method for the wind turbine generator.
風力発電装置は、風車タワーの上端に風車、及び、風車により回転駆動される発電機を有する風車発電ユニットがヨー回転可能に設けられ、風車が正面より風力を受けるよう、風向きに応じて風車発電ユニットが風車タワーに対してヨー旋回(略水平面上の旋回)するように構成されている。
上記風力発電装置においては、リングギアをタワー側に固定配置するとともに、該リングギアと噛合するピニオンを風車発電ユニット側に配置し、このピニオンをヨーモータによって回転駆動することにより、風車発電ユニットのヨー旋回駆動が行われている(例えば、特許文献1参照)。
In the wind turbine generator described above, the ring gear is fixedly disposed on the tower side, and a pinion that meshes with the ring gear is disposed on the wind turbine power generation unit side. The turning drive is performed (for example, refer patent document 1).
ところで、近年、風車の大型化に伴い、上記ヨーモータやリングギア等が大型化している。ヨーモータは、ナセルのヨー旋回駆動のために頻繁に起動されるが、大型化されることにより、更なる消費電力の増大を招くこととなる。
また、ナセルの小型化・軽量化を図る場合には、上記ヨーモータ等の構成の小型化・軽量化が重要な課題となる。
By the way, in recent years, the yaw motor, the ring gear, and the like have been enlarged with the increase in the size of the windmill. The yaw motor is frequently started to drive the nacelle to rotate the yaw. However, when the yaw motor is enlarged, the power consumption is further increased.
Further, when the nacelle is reduced in size and weight, it is important to reduce the size and weight of the yaw motor and the like.
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、ナセル内における消費電力の低減ならびにナセルの小型化を可能とする風力発電装置および風力発電装置のヨー旋回駆動方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a wind turbine generator and a yaw rotation drive method for the wind turbine generator that can reduce power consumption in the nacelle and reduce the size of the nacelle. And
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、各風車翼の荷重を計測する荷重計測手段と、前記荷重計測手段によって計測された各風車翼の荷重を座標変換することにより、風車タワー軸まわりのモーメントを算出するモーメント算出手段と、前記モーメント算出手段によって算出された前記モーメントを相殺するための基準指令値に対して、ヨーまわり制御指令値を加算することにより、前記風車タワー軸まわりの角度指令値を算出する成分指令値設定手段と、前記風車タワー軸まわりの角度指令値に基づいて、各風車翼のピッチ角度指令値を設定するピッチ角度指令設定部とを具備する風力発電装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention includes a load measuring unit that measures the load of each wind turbine blade, and a moment calculating unit that calculates a moment around the wind turbine tower axis by performing coordinate conversion on the load of each wind turbine blade measured by the load measuring unit. A component command value setting for calculating an angle command value around the windmill tower axis by adding a yaw control command value to a reference command value for canceling the moment calculated by the moment calculating means And a pitch angle command setting unit for setting a pitch angle command value of each wind turbine blade based on an angle command value around the wind turbine tower axis.
各風車翼に係る風車タワー軸まわりの荷重を相殺するための基準指令値に対して、ヨーまわり制御指令値が加算されて角度指令値が算出され、この角度指令値に基づいて各風車翼のピッチ角度指令値が設定されるので、ヨーまわり制御指令値に応じて風車翼に発生するモーメントを利用して、ナセルを風車タワー軸まわり(ヨーまわり)に旋回させることが可能となる。このように、各風車翼のピッチ角度を制御することにより、空気力を用いてナセルを旋回させるので、ヨーモータの小型化および使用頻度の低減を図ることが可能となる。この結果、ナセルの軽量化を図ることができるとともに、ヨーモータによる電力消費を抑制することが可能となる。また、ヨーモータを不要とすることも可能であり、この場合には、ナセルの更なる小型化・軽量化が可能となるとともに、電力消費の更なる低減を図ることができる。 An angle command value is calculated by adding the yaw control command value to the reference command value for canceling the load around the wind turbine tower axis related to each wind turbine blade, and based on this angle command value, each wind turbine blade Since the pitch angle command value is set, the nacelle can be turned around the windmill tower axis (yaw rotation) by using the moment generated in the windmill blade according to the yaw rotation control command value. In this way, by controlling the pitch angle of each wind turbine blade, the nacelle is turned using aerodynamic force, so that the yaw motor can be downsized and the frequency of use can be reduced. As a result, it is possible to reduce the weight of the nacelle and to suppress power consumption by the yaw motor. Further, the yaw motor can be eliminated. In this case, the nacelle can be further reduced in size and weight, and the power consumption can be further reduced.
上記風力発電装置において、前記ヨーまわり制御指令値は、風向きに応じて与えられることとしてもよい。 In the wind power generator, the yaw control command value may be given according to a wind direction.
このように、風向きに応じたヨーまわり制御指令値を与えることにより、風向きに対して適切な方向にナセルを回動させることが可能となる。 Thus, by giving the yaw control command value according to the wind direction, the nacelle can be rotated in an appropriate direction with respect to the wind direction.
上記風力発電装置において、前記ヨーまわり制御指令値は、例えば、風向偏差に基づいて設定される。 In the wind power generator, the yaw control command value is set based on, for example, a wind direction deviation.
本発明は、各風車翼の荷重をそれぞれ計測する過程と、各風車翼の荷重を座標変換することにより、風車タワー軸まわりのモーメントを算出する過程と、前記モーメントをゼロにするための基準指令値に対して、ヨーまわり制御指令値を加算することにより、前記風車タワー軸まわりの角度指令値を算出する過程と、前記風車タワー軸まわりの角度指令に基づいて、各風車翼のピッチ角度指令を設定する過程とを有する風力発電装置のヨー旋回駆動方法を提供する。 The present invention provides a process for measuring the load on each wind turbine blade, a process for calculating a moment around the wind turbine tower axis by coordinate-converting the load on each wind turbine blade, and a reference command for making the moment zero. Based on the process of calculating the angle command value around the wind turbine tower axis by adding the yaw control command value to the value, and the pitch angle command of each wind turbine blade based on the angle command around the wind turbine tower axis And a method of driving the yaw rotation of the wind turbine generator.
本発明によれば、ナセル内における消費電力の低減ならびにナセルの小型化を図ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to reduce the power consumption in the nacelle and reduce the size of the nacelle.
以下に、本発明に係る風力発電装置および風力発電装置のヨー旋回駆動方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る風力発電装置の概略構成を示したブロック図である。
図1に示されるように、風力発電装置1は、風車タワー2と、風車タワー2の上端に設置されるナセル3と、略水平な軸線まわりに回転可能にしてナセル3に設けられるロータヘッド4とを有している。ロータヘッド4には、その回転軸線まわりに放射状にして複数枚の風車翼5が取り付けられている。この結果、ロータヘッド4の回転軸線方向から風車翼5に当たった風の力が、ロータヘッド4を回転軸線まわりに回転させる動力に変換されるようになっている。なお、本実施形態では、3枚の風車翼5を備える場合について説明する。
Hereinafter, an embodiment of a wind turbine generator and a yaw turning drive method for a wind turbine generator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the wind turbine generator according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the wind turbine generator 1 includes a
ナセル3の外周面適所(たとえば上部等)には、周辺の風速値を測定する風速計7と、風向を測定する風向計8とが設置されている。また、各風車翼5には、それぞれの風車翼5における荷重を計測するための荷重計測センサ(例えば光ファイバセンサ)9が設けられている。
上記風向計8は、風向偏差を計測し、風向偏差を計測値として出力するものである。また、荷重計測センサ9は、例えば、風車翼5の歪みを計測し、この歪み量に応じて荷重を計測するものである。
An
The
ナセル3の内部には、図2に示すように、ロータヘッド4と同軸の増速機10を介して連結された発電機11が設置されている。すなわち、ロータヘッド4の回転を増速機10で増速して発電機11を駆動することにより、発電機11より発電機出力が得られるようになっている。更に、ナセル3内部には、風車の運転制御を行う風車制御装置20、及び風車制御装置20からの制御信号を受けて、各風車翼のピッチ角度を変化させる可変ピッチ機構21が設けられている。
Inside the
風車制御装置20には、各荷重計測センサ9によって計測された各風車翼5の荷重計測値、風向計8によって計測される風向偏差、並びに風速計7によって計測される風速が入力されるようになっている。風車制御装置20は、これらの入力情報に基づいて各風車翼5のピッチ角度を設定し、設定したピッチ角度に応じた制御信号を可変ピッチ機構21に出力する。可変ピッチ機構21は、風車制御装置20から与えられる制御信号に基づいて各風車翼5のピッチ角度をそれぞれ変化させる。
The
図3は、上記風車制御装置20が備えるピッチ角度制御に関する制御ブロックを示した図である。図3に示されるように、風車制御装置20は、モーメント算出部31、成分指令値設定部32、ピッチ角度指令設定部33、ヨーまわり制御指令値設定部34を備えている。
FIG. 3 is a diagram showing a control block related to pitch angle control provided in the wind
上記モーメント算出部31は、各荷重計測センサ9によって計測された各風車翼5の荷重M1,M2,M3を座標変換することにより、図4に示されるz軸まわりのモーメントMzおよびy軸まわりのモーメントMyを算出する。図4に示されるように、z軸は、風車タワー2の主軸に平行な軸線であり、x軸はロータヘッド4の回転軸であり、y軸はz軸およびx軸に直交する軸線である。
The
モーメント算出部31は、モーメントMy,Mzを算出すると、これらを成分指令値設定部32に出力する。成分指令値設定部32は、モーメント算出部31によって算出されたモーメントMz,Myに基づいてy軸に関する角度指令値θyとz軸に関する角度指令値θzとを設定する。
When calculating the moments My and Mz, the
具体的には、成分指令値設定部32は、y軸まわりのモーメントMyを相殺する基準指令値を求め、この基準指令値をy軸まわりの角度指令値θyとする。また、成分指令値設定部32は、z軸まわりのモーメントMzを相殺する基準指令値を求め、更に、この基準指令値に対してヨーまわり制御指令値設定部34から入力されるヨーまわり制御指令値Mz´を加算し、この値をz軸まわりの角度指令値θz´とする。成分指令値設定部32は、角度指令値θy、θz´をピッチ角度指令設定部33に出力する。
Specifically, the component command
ピッチ角度指令設定部33は、入力された角度指令値θy,θz´を座標変換することにより、各風車翼5のピッチ角度指令θ1,θ2,θ3を設定し、これらを可変ピッチ機構21に出力する。これにより、可変ピッチ機構21により各風車翼5のピッチ角度がピッチ角度指令θ1,θ2,θ3に基づいて変化させられる。この結果、各風車翼5における荷重が低減されるとともに、ヨーまわり制御指令値Mz´に応じた量だけ、ナセル3がz軸まわりに回動させられることとなる。
The pitch angle command setting unit 33 converts the input angle command values θy and θz ′ to set the pitch angle commands θ1, θ2 and θ3 of each
次に、上述したヨーまわり制御指令値設定部34について図5を参照して説明する。図5は、ヨーまわり制御指令値設定部34により実行される処理の手順を示したフローチャートである。なお、図5に示される処理は、所定時間間隔で繰り返し実行されるものとする。
Next, the above-described yaw control command
ヨーまわり制御指令値設定部34は、風向計8から入力される風向偏差の過去所定期間の平均を算出する(ステップSA1)。続いて、ステップSA1において算出した平均風向偏差が予め設定されている閾値よりも大きいか否かを判定する。この結果、平均風向偏差が閾値以下であった場合には、ナセル3が風向に対して好ましい方向を向いていると判断し、ナセル3のヨー旋回駆動を行わずに、当該処理を終了する。
The yaw rotation control command
一方、平均風向偏差が閾値を超えていた場合には、ナセル3が風向に対して最適な方向とされていないと判断し、ステップSA3において、ヨーまわり設定指令値を設定する。具体的には、ヨーまわり制御指令値設定部34は、予め保有しているヨーまわり制御指令値テーブルを参照し、ステップSA1において算出された平均風向偏差と風速計7から入力される風速とで特定されるヨーまわり制御指令値を取得する。図6にヨーまわり制御指令値テーブルの一例を示す。図6に示されるように、ヨーまわり制御指令値テーブルには、風速と平均風向偏差との組に対応付けられてヨーまわり制御指令値がそれぞれ設定されている。ヨーまわり制御指設定部34は、取得したヨーまわり制御指令値を成分指令値設定部32に出力する。
On the other hand, if the average wind direction deviation exceeds the threshold value, it is determined that the
これにより、風速と風向と応じて設定されたヨーまわり制御指令値がz軸まわりの基準指令値に対して加算されることで、ヨーまわり制御指令値に応じた量だけ、ナセル3をz軸まわりに旋回させることが可能となる。
Thereby, the yaw control command value set according to the wind speed and the wind direction is added to the reference command value around the z axis, so that the
以上、説明してきたように、本実施形態に係る風力発電装置1によれば、ヨーまわり制御指令値Mz´に応じた量のモーメントを各風車翼5に発生させ、このモーメントを利用してナセル3を風車タワー2の主軸まわりに旋回させることが可能となる。このように、各風車翼5のピッチ角度を制御することにより、空気力を利用してナセル3を旋回させるので、ナセル3内に配置されているヨーモータ(図示略)の小型化を図ることが可能となる。また、ヨーモータの使用頻度を低減させることが可能となり、消費出力の低減を図ることが可能となる。
As described above, according to the wind turbine generator 1 according to the present embodiment, a moment of an amount corresponding to the yaw rotation control command value Mz ′ is generated in each
なお、上述した実施形態においては、ヨーまわり制御指令値設定部34が、ヨーまわり制御指令値テーブルからヨーまわり制御指令値を取得することとしたが、これに代えて、平均風向偏差と風速とをパラメータとした演算式をヨーまわり制御指令値設定部3が有しており、この演算式に平均風向偏差および風速を代入することにより、ヨーまわり制御指令値を得ることとしてもよい。
In the above-described embodiment, the yaw rotation control command
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
1 風力発電装置
2 風車タワー
3 ナセル
4 ロータヘッド
5 風車翼
7 風速計
8 風向計
9 荷重計測センサ
10 増速機
11 発電機
20 風車制御装置
21 可変ピッチ
31 モーメント算出部
32 成分指令値設定部
33 ピッチ角度指令設定部
34 ヨーまわり制御指令値設定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記荷重計測手段によって計測された各風車翼の荷重を座標変換することにより、風車タワー軸まわりのモーメントを算出するモーメント算出手段と、
前記モーメント算出手段によって算出された前記モーメントを相殺するための基準指令値に対して、ヨーまわり制御指令値を加算することにより、前記風車タワー軸まわりの角度指令値を算出する成分指令値設定手段と、
前記風車タワー軸まわりの角度指令値に基づいて、各風車翼のピッチ角度指令値を設定するピッチ角度指令設定部と
を具備する風力発電装置。 Load measuring means for measuring the load of each wind turbine blade,
Moment calculating means for calculating the moment around the wind turbine tower axis by converting the coordinates of the load of each wind turbine blade measured by the load measuring means;
Component command value setting means for calculating an angle command value around the windmill tower axis by adding a yaw control command value to a reference command value for canceling out the moment calculated by the moment calculation means When,
A wind power generator comprising: a pitch angle command setting unit that sets a pitch angle command value for each wind turbine blade based on an angle command value around the wind turbine tower axis.
各風車翼の荷重を座標変換することにより、風車タワー軸まわりのモーメントを算出する過程と、
前記モーメントをゼロにするための基準指令値に対して、タワー軸まわり制御指令値を加算することにより、前記風車タワー軸まわりの角度指令値を算出する過程と、
前記風車タワー軸まわりの角度指令値に基づいて、各風車翼のピッチ角度指令値を設定する過程と
を有する風力発電装置のヨー旋回駆動方法。 The process of measuring the load on each wind turbine blade,
The process of calculating the moment around the windmill tower axis by transforming the load of each windmill blade,
A step of calculating an angle command value around the wind turbine tower axis by adding a control command value around the tower axis to a reference command value for making the moment zero;
A method of driving a yaw rotation of a wind turbine generator, comprising: setting a pitch angle command value of each wind turbine blade based on an angle command value around the wind turbine tower axis.
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